Panificación

QUÍMICA DE LOS CEREALES• Fuente principal de alimentos para el hombre• Se cultivan: trigo, arroz, maíz, cebada, sorgo, avena, mijo, centeno y

triticale (cruce de trigo y centeno)• Producción mundial aprox. 1 600 millones de Ton (arroz, trigo y maíz, 3/4

partes)• Consumo:

- Trigo: pan y otros productos horneados- Arroz: alimento básico en Oriente (88%)- Maíz: fundamentalmente América del Sur- Sorgo y mijo: grandes áreas de Africa

• Uso:- consumo directo- forraje- Industrial: almidón (maíz), cerveza (cebada), aceite comestible

COMPOSICIÓN GENERAL DEL GRANO

• Además, los granos de arroz, avena y cebada presentan una cubierta lignocelulósica (cascarilla)

COMPONENTES SEGÚN CAPAS DEL GRANO

• Pericarpio: rico en celulosa• Testa (o tegmen): sustancia grasa

pigmentos (coloración típica del grano)• Capa de aleurona: glóbulos de grasa y proteína • Endospermo: rico en almidón. Poca proteína y grasa• Germen: rico en lípidos y proteínas. Poco almidón

El endospermo forma el 70-83% del peso del grano, las capas más externas del salvado junto con la capa de aleurona hasta el 15% y el germen del 2-11%

Harina de trigo

• El trigo es por mucho el cereal mas importante en la elaboración de pan, aunque en algunas partes del mundo el uso de centeno es bastante considerable, otros cereales son usados en menor medida.

• Los trigos se clasifican en función de la estación de cultivo, el color, la dureza y textura del endospermo (relacionada con la forma de romperse el grano durante la molienda) y por su contenido proteico (relacionado con las propiedades funcionales de la harina).

• De todos los cereales utilizados para la elaboración de harinas, el trigo es por lejos el más versátil. Los otros cereales son molidos y utilizados frecuentemente en cocina, pero como no dan masas viscoelásticas no son apropiados para elaborar productos horneados como el pan y las tortas, salvo mezclados con harina de trigo.

• Es por esto que para la mayoría de la gente “harina” significa harina de trigo.

Harina de trigo

• Las harinas tipificadas comercialmente con los calificativos: cuatro ceros (0000), tres ceros (000), dos ceros (00), cero (0), medio cero (medio 0), harinilla de primera y harinilla de segunda, corresponderán a los productos que se obtienen de la molienda gradual y metódica del endosperma en cantidad de 70 – 80 % del grano limpio.

El proceso de elaboración de pan se divide en tres etapas principalmente:

Mezclado Fermentado Horneado

El tipo de proteínas y sus propiedades funcionales, determinan el uso que se les puede dar:

elaboración de pan elaboración de otros productos a base de trigo (pastas,

galletas, etc.)..

cambios químicos, bioquímicos y transformaciones físicas

Extensión afectada por los diversos constituyentes de la harina.

Elaboración de pan

COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS CEREALES

1. HIDRATOS DE CARBONO

• Almidón• Hemicelulosas (pentosanas)• Celulosa• Mono y oligosacaridos

- sacarosa (di)- rafinosa (tri)

2. PROTEÍNAS• Concentración no uniforme: alta concentración en las capas más

externas del endospermo (subaleurónicas), en la capa de aleurona y en el germen.

• Fundamentalmente:- prolaminas (solubles alcohol 70%)......GLIADINAS (trigo, 69%)- glutelinas (insolubles alcohol 70% y disol.salinas)...GLUTENINAS

(trigo,16%) (arroz, 80%)

GLIADINAS + GLUTENINAS = GLUTEN

• Sólo el gluten del trigo y del centeno tiene una hidrofobicidad capaz de formar una red elástica y retener el CO2.

• Además albúminas y globulinas (alta activ. enzimática)

• Son proteínas de bajo VB, deficitarias en lisina

2. PROTEÍNAS

3. LÍPIDOS

• Contenido medio: 1-4 % del peso del grano (avena 9-10%)

• Distribución: testa y aleurona (80%), germen.

• Fundamentalmente triacilglicéridos y fosfolípidos

• También mono y diglicéridos y A.G. libres

• Existe una fracción que se encuentra químicamente

combinada al almidón: “ lípidos por hidrólisis” (sólo se

extraen con eter tras hidrólisis)

4. VITAMINAS Y MINERALES

• Vitaminas del grupo B: niacina, ac. pantoténico, piridoxina, tiamina

• Minerales: P, K, Mg (fosfatos y sulfatos de K, Mg y Ca, 85%)• Ácido fítico (hexafosfato de mioinositol)

Fitina: sal Ca 2+ /Mg 2+ del ácido fítico

Importancia en nutrición:- el P fítico se asimila mal- además es quelante ----> disminuye la asimilación de otros iones (Ca, Mg, Zn, Fe, Cu...)

(existen fitasas termorresistentes que actuan durante la panificación, hidrolizando la fitina y liberando el grupo fosfato)

EL ALMIDÓN

• Se encuentra en el endospermo de cereales en forma de gránulos de distinto tamaño y forma según cereal

• Birrefringentes: “cruz de Malta” bajo luz polarizada----> desaparece durante la gelatinización

CONSTITUYENTES DEL ALMIDÓN: PROPIEDADES

A) AMILOSA

- Se dispersa en agua /Q- Al enfriar -----> GELIFICA O RETROGRADAFundamento:

* en agua/ Q las cadenas lineales de la amilosa están desordenadas, y al enfriarse se asocian por puentes de H en un retículo que solidifica en forma de gel: GELIFICA

* si la disolución de amilosa es diluída o se enfría muy lentamente, las moléculas lineales se ordenan en haces cristalinos que precipitan: RETROGRADA

B) AMILOPECTINA

• Poca tendencia a retrogradar• Agua/ Q ---> disoluciones viscosas que no gelifican al

enfriar ( por la estructura ramificada)

Los almidones normales tienen 20-25% de amilosa, las variedades céreas es casi todo amilopectina

Importante: no confundir gelatinización con gelificación

GELATINIZACIÓN* Proceso de hinchamiento y ruptura de los gránulos de almidón. A la tª de gelatinización (55- 75ºC, según cereales) el gránulo pierde su estructura organizada y ya no se observa la cruz de Malta* La tª de gelatinización marca el nivel energético por encima del cual se pueden empezar a disociar los puentes de H entre cadenas vecinas

GELIFICACIÓN* Proceso de formación de un gel* Al enfriarse las soluciones calientes de almidón por unión entrecruzada de cadenas de amilosa

FASES DE LA PANIFICACIÓN

a) AMASADO

• Funciones:

- hidratación de los componentes

- desarrollo de la masa: se va formando la red de gluten que

englobará al CO2

- incorporación de aire

Mezcla de harina, agua, sal y levadura---> obtención de la masa panaria (elástica)

b) FERMENTACIÓN:

• azúcares que fermentan:- preexistentes inicialmente....se agotan rápidamente- las amilasas producen maltosa y glucosa (desde que existe humedad suficiente)

• aparición de aromas (compuestos volátiles):- alcoholes y aldehídos ---> aroma típico a pan cocido

• desprendimiento CO2:- gracias a su elasticidad la masa panaria puede retener el gas generado- aumenta su volumen ---> la masa se “esponja”

las levaduras fermentan los azúcares (25-30ºC) -----> desprenden CO2 y aromas

c) COCCIÓN:

• corteza (tª > 100ºC):- producida por evaporación de agua (dura)- en ella se produce caramelización de azúcares y R. Maillard ---> formación de color

• miga (tª < 100ºC):- actividad de las levaduras con desprendimiento de CO2 (impulso

horno)- gelatinización del almidón (55ºC)- coagulación del gluten (> 70ºC)

Se forma el pan por endurecimiento de la masa con dos partes diferenciadas

1. Proteínas no enzimáticas: gluteninas y gliadinas

• Las proteínas constituyen el 9-13 % del peso de la harina• El 85% de ellas (+ agua) tienen la capacidad de formar

GLUTEN• GLUTEN (confiere a la masa capacidad de retener gas)

- Aislamiento: sometiendo a la masa a trabajo mecánico bajo corriente de agua- El gluten aislado aumenta:

# cohesividad# extensibilidad # elasticidad

PAPEL DE LAS PROTEÍNAS EN LA PANIFICACIÓN

Proteínas que componen el gluten:

• Gluteninas (16% aprox.):- son glutelinas ---> solubles en ácidos y bases diluidas- de elevado Pm- con agua forman una masa muy tenaz y elástica

• Gliadinas (69% aprox.):- son prolaminas ---> solubles en alcohol al 70%- de bajo Pm- con agua forman una masa fluida y poco elástica

Así, el gluten presenta propiedades intermedias

• El elevado Pm de las gluteninas es debido a a asociación de cadenas de < Pm mediante puentes S-S intermoleculares- Si:

-S-S- ------------------> -SH + SH-· pierde sus propiedades mecánicas· adquiere prop. viscoelásticas

semejantes a las gliadinas

reducción

FUERZA DE LAS HARINASa) harinas fuertes: retienen CO2, dan panes esponjados (gluteninas con muchos S-S ---> est. reticular)b) harinas flojas: panes más densos (gluteninas con pocos -S-S-, y Pm bajo)

MEJORANTES DE LAS HARINAS

La adición de agentes químicos permite regular la proporción relativa de enlaces cruzados y modificar las características reológicas de la masa.

• a) Agentes oxidantes: para aumentar la fuerza de las harinas - bromatos- persulfatos- vitamina C (dehidroascórbico)

Produce:- mantenimiento de S-S- formación de nuevos S-S

• b) Agentes reductores: para harinas con demasiada fuerza, poco extensibles- Na H SO3 (sulfitos)- Cisteína (-SH)- Glutatión (tripéptido)

Producen- ruptura de S-S- disminución tiempo amasado- mejora propiedades reológicas de la masa

2. Proteínas enzimáticas: amilasas

• a - amilasa: liberan dextrinas (8-14 unidades glucosa)- hidrolizan enlaces a (1-->4)- al azar, rompen enlaces internos a ambos lados de las ramificaciones- no hidrolizan enlaces a (1-->6) (respetan ramificaciones)- liberan fragmentos más cortos (dextrinas).......y luego, maltosa/ maltotriosa- la actividad a-amilolítica es:

· elevada en la maduración del grano· baja en el grano maduro

• -b amilasa: liberan maltosa (2 unidades glucosa)- hidrolizan enlaces a (1-->4)- empiezan el ataque sólo por extremo reductor - no hidrolizan enlaces a (1-->6) (respetan ramificaciones)- liberan maltosa- queda dextrina limite residual-la actividad b -amilolítica es:

· elevada en la maduración del grano· se mantiene en el grano maduro

Los enlaces a (1-->6) son hidrolizados por otras enzimas (glucoamilasas o amiloglucosidasas) ---> glucosa + maltosa

• Las amilasas actúan:

- desde el amasado........mezclado de ingredientes para dar

la masa panaria

- hasta la cocción.........en que se desnaturalizan (a -

amilasa + termorresistente)

• Aportan maltosa para la fermentación (por las levaduras)

- la velocidad de formación de la maltosa depende de la

concentración de amilasas y de % de álmidón utilizable

Es importante la % -amilasa/ -amilasa (normalmente > % de )

• si hay elevada actividad - a amilolítica (p.e. en harinas de trigo con muchos granos germinados):- se forma mucha % de dextrina- debilita la miga, se hace más pastosa y pegajosa

• si hay una actividad - a amilolítica intermedia:- % dextrinas adecuado- durante la cocción se produce pirólisis de las dextrinas- producción de miga y corteza del pan adecuadas

• si hay una baja actividad - a amilolítica :- % dextrinas bajo- producción de corteza pálida, poco quebradiza- en últimas fases de cocción faltan azúcares---> falta CO2---> el

pan no” levanta “

-amilasa/ -amilasa

• la actividad actividad - b amilolítica :- da elevada % de maltosa- se forma color tostado- se forma aroma - producción de gases

• Posibilidad de adecuación de la actividad enzimática por adición de enzimas industriales

PAPEL DE LOS LÍPIDOS EN LA PANIFICACIÓN• 25% de los lípidos está ligados al almidón ( a las cadenas

helicoidales de la amilosa en el interior del grano)

• Lípidos libres:- triglicéridos (55%)- glicolípidos (galactosilgliceridos)- fosfolípidos (lecitinas)

• En la panificación, los lípidos que cumplen misión más importante son los polares (fosfolípidos y glicolípidos)- agentes humectantes: facilitan hidratación de la harina- permiten ordenación y desplazamiento de proteínas en el amasado- lípidos polares+ proteína-->asociaciones en doble capa-la adición de glicolípidos aumenta la calidad de la masa panaria porque liga el almidón y las glutelinas

PAPEL DE LOS HIDRATOS DE CARBONO EN LA PANIFICACIÓN

• a) ALMIDÓN- diluye el gluten dando consistencia adecuada a la masa- fuente de maltosa y glucosa para la fermentación- gelatiniza y retiene agua---> contribuye a la textura del pan- causa principal del valor calórico del pan

• b) HEMICELULOSAS SOLUBLES EN AGUA- producen absorción de H2O ---> mejora el volumen del pan y su textura- disminuye tiempo de amasado

• c) AZÚCARES- contribuyen al sabor del pan- constituyen el sustrato principal de la fermentación- intervienen en el desarrollo del color de la corteza- influyen en la textura y aspecto del producto final horneado

Papel del ClNa• Resalta los sabores.• Aumenta la estabilidad de la masa contrarrestando la

repulsión de las moléculas de proteína cargadas del gluten.

Caracterización de harinas• Las harinas obtenidas de numerosos cultivares sembrados en una

variada gama de ambientes hace que se obtengan harinas de distinta calidad debido a la interacción genotipo-ambiente.

• Para poder ofrecer una calidad consistente a través del tiempo, las harinas comerciales se hacen con mezclas de dos o más variedades de trigo de distintas características.

• Para evaluar la calidad panadera de las harinas varietales y/o mezclas comerciales se utilizan: ensayos físico-químicos como la determinación de porcentaje

de proteína, gluten, cenizas, capacidad de retención de solventes y la actividad enzimática por el método de Falling Number.

Ensayos reológicos: medidas alveográficas, farinográficas, mixográficas y extensográficas.

Falling Number• Se produce la

gelatinización rápida de una suspensión de harina o cereal molido en un baño de agua mantenido a 100ºC.

• La acción de la -amilasa sobre el almidón de la muestra produce la licuefacción del gel, midiéndose el tiempo de caída del émbolo agitador.

Ensayos reológicos tradicionales

Farinógrafo

Con este equipo se pueden visualizar las tres etapas del proceso de mezclado:

1. Hidratación de los componentes de la harina,

2. Desarrollo del gluten

3. Colapsamiento de la masa, con respecto al tiempo

De esta manera podemos saber el tiempo de trabajo mecánico que se le puede aplicar a la masa hasta antes de colapsar su malla de gluten. También nos permite saber el porcentaje de agua que se requiere para alcanzar una consistencia de 500 UB (Unidades Brabender).

Farinogramas

Farinogramas con comportamientos diferentes, en función del contenido y calidad de su proteína. harina con baja proteína y calidad pobre un tiempo de resistencia al mezclado menor que una harina con alta proteína y calidad buena.

Alveógrafo

Se evalúa la capacidad que tiene el gluten para resistir un determinado trabajo mecánico. Esto se mide mediante la inyección de aire a una muestra de forma circular. Dicha muestra comienza a expandirse hasta que la presión interna es mayor y revienta la masa, en ese momento la curva del alveograma cae. El área bajo la curva

indica el trabajo de deformación (W) de la masa hasta la ruptura del alveolo

Alveógrafo

Otros parámetros: • Tenacidad (P): mide la resistencia a la deformación de la masa,

(conferida por las gluteninas), en el alveograma se mide en el eje de la ordenadas.• Extensibilidad (L): mide la viscosidad de la masa debida a las gliadinas,

en el alveograma se mide en el eje de las abscisas.• Índice de hinchamiento (G) es igual a la raíz cuadrada del volumen de

aire en cm3 necesario para el desarrollo de la burbuja. Es proporcional a la extensibilidad. Este parámetro se utiliza para determinar el Índice de equilibrio P/G el cual, da la proporción de gliadinas y gluteninas.

Extensógrafo

El extensógrafo somete la masa a una deformación uniaxial. Con las harinas en estudio se forma una masa cilíndrica, que tras unreposo de 45 minutos, es traccionada con un gancho, en su punto medio, a velocidad constante hasta la ruptura de la masa.La fuerza ejercida por el gancho se registra durante todo el período del ensayo. Se mide la resistencia máxima, o altura máxima de la curva y la extensibilidad o longitud de la curva en cm. También puede ser útil el dato del área encerrada bajo la curva.

Calidad Panadera

•La forma tradicional de evaluación de la calidad panadera es través del volumen de pan.• Otros parámetros que intervienen

el volumen específico (volumen/masa) La relación de forma (ancho/alto).

Reflejan la capacidad de deformación de la masa y de la retención del CO2 durante el proceso de horneado en el que coagulan las proteínas del gluten y gelatiniza el almidón conduciendo a la formación de alvéolos en la miga.

La evaluación textural de los panes a través del perfil de textura de miga y corteza resultan también herramientas útiles para evaluar la performance panadera de los diferentes tipos de harinas.

Uso de Aditivos en Panificación

• La gran variedad de productos panificados ofrecidos actualmente en el mercado ha hecho que el uso de aditivos, ya sea para uniformizar y/o lograr productos específicos, se convierta en una práctica habitual. Estos son oxidantes, emulsificantes, hidrocoloides, enzimas, entre otros.

• Emulsificantes: fortalecimiento del gluten y el retardo del envejecimiento.

• Son numerosas y variadas las actividades que desarrollan los emulsionantes en las masas; facilitan los enlaces entre las proteínas y el almidón, dan mayor estabilidad a las masas, estabilizan también la espuma que puede resultar del amasado (anti-espumante), retardan el endurecimiento del pan, confieren mayor conservabilidad y actúan como lubricantes en la masa

Uso de Aditivos en Panificación

Hidrocoloides

• Afectan la viscosidad dela masa y la capacidad de ligar agua. Además debido a las propiedades altamente hidrofìlicas de estas moléculas, se previene la migración del agua en los productos terminados, incrementando la vida útil, por lo que se recomienda su uso en formulaciones para pan blanco en su dosis óptima

• También se han informado cambios en las propiedades reológicas de las masas, disminuyendo la extensibilidad, según el hidrocoloide utilizado; afectando el volumen de pan yla textura de la miga. Por otra parte, se han hallado incrementos del volumen específico de pan con algunos hidrocoloides debido a su papel estabilizante de la masa durante la fermentación.